純粹數(shù)字電路的數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

頻率的定義是單位時(shí)間（1s）內(nèi)周期信號(hào)的變化次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得周期信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率為：f=N/T

據(jù)此，設(shè)計(jì)方案框圖如圖1.1。

圖1.1設(shè)計(jì)框圖

被測(cè)信號(hào)Vx經(jīng)整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的矩形脈沖信號(hào)，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率Fx相同。時(shí)鐘電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，基準(zhǔn)時(shí)鐘經(jīng)分頻器后輸出頻率分別有1Hz，0.1Hz，0.01Hz，0.001Hz，0.0001Hz的閥門(mén)信號(hào)，計(jì)數(shù)器在一個(gè)閥門(mén)信號(hào)周期內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，直到1周期閥門(mén)信號(hào)結(jié)束時(shí)，停止計(jì)數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生鎖存信號(hào)，啟動(dòng)延時(shí)信號(hào)。鎖存信號(hào)使計(jì)數(shù)器的值在數(shù)碼管上顯示。當(dāng)延時(shí)結(jié)束后清除計(jì)時(shí)器和分頻器開(kāi)始下一次測(cè)量。在計(jì)數(shù)過(guò)程中若閘門(mén)時(shí)間未到計(jì)數(shù)器計(jì)就產(chǎn)生溢出信號(hào)，說(shuō)明被測(cè)頻率信號(hào)高，這是要啟動(dòng)自動(dòng)換擋功能，設(shè)置更小的閥門(mén)時(shí)間。

220V交流電通過(guò)變壓器降為12V，后經(jīng)過(guò)整流橋后變?yōu)槊}動(dòng)直流電，經(jīng)過(guò)7805穩(wěn)壓塊后變?yōu)闃?biāo)志5V直流電。電路如圖2.1.1

圖2.1.1電源電路

2.1.2 放大整形電路

放大整形電路由運(yùn)算放大器LM358與施密特觸發(fā)器74LS14等組成。其中LM358組成放大器，當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)將其進(jìn)行放大。開(kāi)關(guān)可以用來(lái)選擇是否放大。施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。電路如圖2.1.2。

圖2.2.2整形電路

2.1.3 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘信號(hào)是控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，其精度很大程度上決定了頻率計(jì)的頻率測(cè)量精度。當(dāng)要求頻率測(cè)量精度較高時(shí)，應(yīng)使用晶體振蕩器通過(guò)分頻獲得。電路應(yīng)用74LS04與晶振產(chǎn)生10MHz的時(shí)鐘信號(hào)，其輸出頻率穩(wěn)定性很高。電路如圖2.1.3

圖2.1.3時(shí)鐘電路

   首先時(shí)基信號(hào)的頻率一定要足夠小，也就是時(shí)間一定要足夠長(zhǎng)，進(jìn)入的脈沖波才足夠多，從而減少誤差。應(yīng)用2個(gè)74LS390十進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)10M的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行100分頻得到100KHz時(shí)鐘。再用2個(gè)74LS390分別對(duì)10KHz時(shí)鐘進(jìn)行10，100，1000，10000分頻得到1000Hz， 100Hz，10Hz，1Hz的時(shí)鐘信號(hào)。電路如圖2.2.4。

圖2.1.4分頻電路

被測(cè)信號(hào)整形后，通過(guò)反相器連接到D觸發(fā)器CLK引腳當(dāng)被測(cè)信號(hào)出現(xiàn)下跳沿時(shí)，D觸發(fā)器輸出高電平，這時(shí)與非門(mén)開(kāi)啟，分頻器開(kāi)始工作。據(jù)此可以達(dá)到同步的目的。電路如圖2.1.5。

圖2.1.5同步檢測(cè)電路

計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)，按照設(shè)計(jì)要求每一秒種都必須對(duì)計(jì)數(shù)器清零一次，當(dāng)檢測(cè)到被測(cè)信號(hào)的下降沿時(shí)，閥門(mén)打開(kāi)，用74LS390構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)閥門(mén)時(shí)間到后計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。電路如圖2.1.6。

圖2.1.6計(jì)數(shù)測(cè)量電路

計(jì)數(shù)器的結(jié)果進(jìn)入鎖存器鎖存： 當(dāng)閥門(mén)時(shí)間到時(shí)U1974LS74 ~Q端輸出高電平，在其上升沿產(chǎn)生鎖存信號(hào)使74LS273鎖存。電路如圖2.1.7。

圖2.1.7鎖存電路

電路通過(guò)4個(gè)7段數(shù)碼管顯示被測(cè)信號(hào)的頻率，當(dāng)74LS273鎖存后，把數(shù)據(jù)送到74LS48進(jìn)行譯碼。74LS48譯碼后輸出對(duì)應(yīng)的高低電平使數(shù)碼管顯示不同的值。從而達(dá)到顯示。電路如圖2.1.8。

圖2.1.8顯示電路

當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率太高時(shí)，計(jì)數(shù)器在一秒內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生溢出，因此電路要根據(jù)不同的信號(hào)設(shè)定不同的閥門(mén)時(shí)間。本電路通過(guò)檢測(cè)計(jì)數(shù)器是否溢出判斷。第一次測(cè)量時(shí)閥門(mén)時(shí)間是一秒，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出一次時(shí)U3 74LS390加一，U3構(gòu)成5進(jìn)制計(jì)數(shù)器，輸出接74LS151 A ，B，C三端。當(dāng)計(jì)數(shù)器值為零時(shí)151選擇D0即閥門(mén)時(shí)間為1秒，當(dāng)計(jì)數(shù)器加一后，151選擇D1即閥門(mén)時(shí)間為0.1秒。當(dāng)計(jì)數(shù)器值為4時(shí)，151選擇D3即閥門(mén)時(shí)間為0.001秒。電路如圖2.1.9。

圖2.1.9自動(dòng)換擋電路

U3計(jì)數(shù)器對(duì)溢出次數(shù)計(jì)數(shù)，每計(jì)數(shù)一次閥門(mén)時(shí)間變?yōu)樵瓉?lái)的1/10，當(dāng)前的計(jì)數(shù)值通過(guò)138譯碼后即可顯示量程。電路如圖2.1.10。

圖2.1.10量程顯示電路

74151輸出頻率為1Hz，10Hz等的時(shí)鐘，通過(guò)U19 D觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器，使其輸出高（低）電平時(shí)間為1秒，0.1秒等，其輸出控制閥門(mén)U14。

當(dāng)閥門(mén)時(shí)間到時(shí)U14 ~Q端輸出高電平開(kāi)啟計(jì)數(shù)延時(shí)U3B ，當(dāng)延時(shí)完成，產(chǎn)生全局清零信號(hào)。另外每當(dāng)換擋之后也會(huì)產(chǎn)生清零信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)或非門(mén)去清除分頻器，計(jì)數(shù)器值。電路如圖2.1.12。

圖2.1.12清零電路

圖2.2.1(a) 74LS138引腳圖

74LS138功能圖如圖2.2.2。

圖2.2.1(b)

74LS48功能表如圖2.2.2（b）

74LS390功能表如圖2.2.3（b）

本方案通過(guò)時(shí)鐘電路產(chǎn)生一個(gè)10MHz的信號(hào)，再通過(guò)分頻得到100KHz的被測(cè)信號(hào)，再通過(guò)對(duì)被測(cè)信號(hào)整形使信號(hào)變成矩形波，便于脈沖計(jì)數(shù)器對(duì)其計(jì)數(shù)從而測(cè)量出一定閥門(mén)時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，達(dá)到測(cè)量頻率的目的。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出后自動(dòng)調(diào)整閥門(mén)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋功能。

對(duì)我來(lái)說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)真的是一項(xiàng)艱巨而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)！剛接到這個(gè)題目的時(shí)候，我的頭就大了：不僅僅是因?yàn)橐郧皼](méi)有做過(guò)類(lèi)似的課題，覺(jué)得自己在這方面的能力實(shí)在有限，根本不可能完成一個(gè)自己從來(lái)都沒(méi)有接觸過(guò)的設(shè)計(jì)， 當(dāng)時(shí)老師說(shuō)這個(gè)任務(wù)是最繁瑣的，我們也只有三個(gè)人一組，其他都是六個(gè)人一組，心里也有電點(diǎn)不平衡，但是想想還是好好的做吧，與其抱怨，還不如快點(diǎn)做好呢！

拿到任務(wù)書(shū)的第二天,就開(kāi)始大量的查資料，上網(wǎng)，去圖書(shū)館搜索相關(guān)的東西 ，后來(lái)終于在查閱大量網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)資料后做出了原理圖。當(dāng)拿出自己的原理圖和別人比較的時(shí)候特別有成就感，因?yàn)槲覀兊膱D比他們的還幾倍還要多!在這一周多的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我收獲的東西很多。它和以往實(shí)驗(yàn)都不同，這是我第一次在團(tuán)隊(duì)的配合下完成的電路設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)中不僅學(xué)到了非常多的知識(shí)還深深地感受到了團(tuán)結(jié)就是力量與智慧。這段時(shí)間里，在我們組成員默契的配合下，圓滿地完成了課程設(shè)計(jì)任務(wù)，不僅鞏固了我們?cè)谡n堂上所學(xué)到的知識(shí)還極大的增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)。

總之，我非常地感謝這次課程設(shè)計(jì)， 它讓我懂得了很多東西，也學(xué)會(huì)了很多東西，這是一件非常有意義的任務(wù)。

數(shù)字頻率計(jì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc (380.5 KB, 下載次數(shù): 77)

2018-11-21 17:20 上傳

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